JP2009536491A - 電子回路及びそのための方法 - Google Patents

Abstract

電子回路は、機能モジュール（１０）と条件シグナリングモジュール（２０）と基準モジュール（３０）と制御回路４０とを備えている。条件シグナリングモジュール（２０）は、機能モジュールの局所のＰＶＴ条件を指し示す指示信号(I_meas)を生成する。ＰＶＴ条件とは、モジュールに関連する一連の条件であって、当該モジュールに供給される電圧、当該モジュールが占める領域内の温度、及び、当該領域に関連するプロセス条件のうち少なくとも１つを含むものである。基準モジュール（３０）は、ＰＶＴ条件にほぼ依存しない値を有する基準信号(I_ref)を生成する。制御回路（４０）は、指示信号(I_meas)と基準信号(I_ref)とを比較し、機能モジュールに対する制御信号(pvt<1>,…,pvt<n>)を生成する。

Description

本発明は電子回路及びその電子回路のための方法に関する。

１つの集積回路の様々な部分が、集積回路の製造プロセス中における集積回路領域のプロセスパラメータの偏差（プロセスコーナー偏差）に応じて相違する性能を示すことがある。同様に、供給電圧及び温度の局所偏差に起因して性能が変化することがある。具体的には、前記偏差は、コンポーネントが動作するタイミングに影響を及ぼすことがある。特に、高速回路ではこれが不具合を引き起こすことがあり、最悪の状況を考慮して、電子回路をかなり低速度で機能するように設計しなければならない。さらに、近年の技術では、集積回路が異なる電圧領域から給電される様々なインタフェイスを備えるという事実が、問題をより複雑化する（例えば、単一の集積回路で、３．３Ｖ、２．５Ｖ、１．８Ｖ、１．２ＶのＩ／Ｏ供給電圧が使われることがある）。

米国特許第６５５６０２２号は、当該局所パラメータの偏差の影響を補償するための方法及び装置が記載されている。異なる位置での性能パラメータの偏差を検出するために、様々な位置に局所パラメータ検出器を配置している。これらの位置の１つが基準位置として選択され、その他の位置は目的位置として選択される。基準位置は、その位置での当該パラメータの値を指し示す基準パラメータの値を決定するために利用し、各目的位置は、その位置の局所パラメータ値を基準のパラメータ値と比較するのに利用する。これらのパラメータの値はエンコードされた電流であり、基準パラメータは比較のために他の位置へと送信される。目的位置での比較によって、これら位置間におけるパラメータ値の差を補償する修正信号の生成される。パラメータの補償は、区分けされた位置における性能の非対称を減らすことができる。

既知のデバイスの不都合な点は、それぞれの電圧領域に対して分離した基準回路を提供しなければいけないことにある。

本発明の目的は、単一の基準源で足りる集積回路およびそのための方法を提供することにある。

本発明による装置及び方法は、本出願の請求項１及び９に記載したとおりのものである。

本発明による集積回路では、基準源が前記ＰＶＴ条件にほぼ依存しない値を有する１つの基準信号を供給する。既知の装置では、同じ電圧領域にて機能する回路コンポーネントに対して適した基準信号をそれぞれの基準源が供給するのみであったことが、本発明の発明者によって理解された。異なる電圧領域で機能している回路に対しては、個別の基準信号が生成されなければいけないのである。この理由は、ＰＶＴ条件における偏差が供給される電圧領域に依存する基準信号における異なる偏差の原因となるからである。

本発明による装置及び方法では、単一の基準源で十分である。

本発明は、全体の回路共通の供給電圧を有する用途に有用ではあるが、特に互いに異なる供給電圧が供給され且つ夫々が条件シグナリングモジュールを有する複数の領域を備えた集積回路での用途に適している。この場合に、これら領域の各制御回路は、同じ基準モジュールによって供給される基準信号を利用することができる。各電圧領域に対する制御回路はたった１つで十分である。しかしながら、各電圧領域にたいする制御回路は１つ以上とすることもできる。

異なる供給電圧は、互いに異なる動作電圧を用いる様々なインタフェイスを備える集積回路で特に多くみられる。したがって、本発明は、特に機能モジュールがＩ／Ｏ回路である用途に関連する。

本発明の一実施態様では、条件シグナリングモジュールと前記制御回路とが、Ｉ／Ｏリング内でＥＳＤ保護回路と組み合わせる。これにより、同じ領域に２つの機能（ＥＳＤ保護回路とＰＶＴ補償回路）を組み合わせることによって、回路の周辺に沿って配置される同じ場所での機能性を、相対的に強めることができる。

本記述を通じて集積回路という表現を用いるが、本発明は、一群の集積回路で実装される電子回路、即ち様々な集積回路を共有パッケージ内に備えるＳｉＰ（system in package）に適用することも可能であることを留意すべきである。

これら及びその他の要点を、図面を基準しながらより詳細に説明する。

図１は本発明による集積回路を概略的に示した図である。この集積回路は、複数の機能モジュール１０を備えている。図示の実施例では、少なくとも１つの機能モジュールが複数の出力モジュール１１ａ，．．．，１１ｄを備えている。その他の機能モジュールは、入力モジュール、データ処理モジュール、及びデータ記憶モジュールを備えている。集積回路は、機能モジュールの近くに局所ＰＶＴ条件を示す指示信号を生成するためのモジュール２０を備えている。局所ＰＶＴ条件とは、モジュールに関連する一連の条件であって、モジュールに供給される電圧、モジュールが占める領域内の温度、及びこの領域に関連するプロセス条件のうち少なくとも１つを含むものである。

集積回路は、前記ＰＶＴ条件にほぼ依存しない値を有する基準信号を生成するための基準モジュール３０を備えている。

制御回路４０は、指示信号と基準信号とを比較して、機能モジュールに対する制御信号を生成する。

図２は、機能モジュール１０の一例をより詳細に示した図である。図示の本実施例では、機能モジュール１０はＩ／Ｏモジュールである。このＩ／Ｏモジュールは、Ｉ／Ｏパッド１７に結合される、入力セクション１１と出力セクション１２とを備える。入力セクション１１は、例えば標準の入力バッファを備えるが、ここでは詳述しない。

出力部は、プレドライバ段１３と、このプレドライバ段によって制御される複数の出力バッファ部１６ａ，．．．，１６ｎとを備えている。１つの出力バッファ部１６ａは永久にアクティブとすることができる。プレドライバ段１３は、制御入力端１５にて受信されるＰＶＴコードに応じて、その他の出力バッファ部１６ｂ，．．．，１６ｎを選択的にアクティブにするための一組のスイッチ１４を有している。例えば、出力バッファ部１６ａのみが比較的に低い出力電流を供給するＰＶＴ条件では、１つ以上他の出力バッファ部をアクティブにして、Ｉ／Ｏタブ１７へ所定の電流をもたらすことができる。回路が機能するように設計された条件の範囲及び機能の要求精度にしたがって、出力バッファセクションの数を選択する。出力バッファ部１６ａ，．．．，１６ｎは、互いが実質的に等しい出力電流を供給するように設計してもよい。あるいは、互いに異なる出力電流を供給するように設計してもよい。例えば１つの実施例では、各後続の出力バッファ部を先行オペレーションの出力電流の半分を供給するように構成する。これに応じて、プレドライバ段を制御するために用いるＰＶＴコードを供給するべきである。

図３は、機能モジュール１０の局所のＰＶＴ条件を示す指示信号I_measを生成するための条件シグナリングモジュール２０をより詳細に示した図である。この条件シグナリングモジュールは、局所ＰＶＴ条件に相関する第１の電流I_nを供給する、第１導電型の第１の可制御電流源２１と、局所ＰＶＴ条件に相関する第２の電流I_pを供給する、第２導電型の第２の可制御電流源２２とを備える。電流I_n及びI_pはカレントミラー２３を用いて加算され、指示信号I_measを供給する。図示の例では、制御可能電流源２１及び２３は、それぞれＮＭＯＳ及びＰＭＯＳトランジスタである。しかしながら、利用する技術に応じて異なる種類の電流源を用いることができることは当業者には明らかである。実施例によっては、例えば欧州特許出願第05108653.6号及び第05109354.0号に記載されているように、１つの導電型のデバイスのみが用いられる。図３に示した実施例では、可制御電流源に対する制御電圧V_gn及びV_gpは、電力供給ラインV_dd及びV_ssに結合した電圧分配器２４によって供給される。あるいは、集積回路に利用可能な別の給電ラインを用いて可制御電流源２１，２２を制御することもできる。

図４は、指示信号I_measと基準信号I_refとを比較し、機能モジュールに対する制御信号pvt<1>, …, pvt<n>を生成するための制御回路４０を詳細に示した図である。この制御回路は、第１及び第２の相互補完的なカレントミラーブロック４１，４２を備えている。第１のカレントミラーブロック４１は、基準信号I_refを１つ以上に複製する。第２のカレントミラーブロック４２は、スケーリングファクタa₁, ..., a_nでスケーリングされる指示信号I_measの複製を供給する。それぞれの制御信号pvt<1>, ..., pvt<n>は、基準信号I_refの複製と指示信号I_measをスケーリングした複製との差を表すバイナリ信号である。指示信号I_measの値に応じて、１つ以上の制御信号pvt<1>, ..., pvt<n>がアサートされて、機能モジュール１０での補償が、より強くなったりより弱くなったりする。この実施例にて、制御信号はデジタル表現される。例えば、これは所定の数の値のうち１つを成分にもつ複数の信号の集合のようなものである。このことが、機能モジュール１０の任意精度の制御が可能となる。しかしながら、別の方法として、制御信号をアナログ信号とすることもできる。これにより、１本又は２本の信号線のみで適度な精度をもった補償が可能となる。

図５は、前記ＰＶＴ条件にほぼ依存しない値を有する基準信号I_refを生成するための基準モジュール３０をより詳細に示した図である。具体的には、基準信号は電流である。基準モジュール３０と機能モジュール１０との間の距離が長くても、さほど劣化しないことが示され、この場合には電流信号が最も適していることが確かめられた。

図示の実施例では、基準モジュール３０は、前記ＰＶＴ条件と供給される電流I_refとの関数として第１及び第２の電圧V₁, V₂を供給する第１及び第２のＰＶＴ条件検知素子３１，３２を備えている。条件検知素子３１，３２は、ＰＶＴ条件に関する電圧の依存性が互いに異なる。基準モジュールは、温度検知素子間の電圧差V₁−V₂に応じて電流I_refを供給するための電流源３４を制御する比較モジュールとしての作動増幅モジュール３３を備える。また、電流源３４は、基準信号I_refとして電流I₁＋I₂の複製を供給する。

図示の実施例では、第１の条件検知素子は、抵抗値がR₂である抵抗器３１ｂと並列にダイオード３１ａを備えている。作動中のダイオード３１ａ間の電圧は、例えば２mV/℃というように、温度に対して減少する。電流源によって供給される電流I₁は、ダイオード３１ａを経る第１の成分I_1aと抵抗器３１ｂを介する第２の成分I_1bとに分割される。局所ＰＶＴ条件は、この電流をどのように分けるかを決定する。例えば、温度Tが上昇した場合には、ダイオード３１ａを経て流れる電流I₁のうちの一部I_1aが増加する。第２の条件検知素子は、抵抗値がR₂である抵抗器３２ｂと並列に、ダイオード３２ａと抵抗値がR₁の直列抵抗器３２ｃとの直列を備える。直列抵抗器３２ｃのおかげで、前記直列構成を流れる成分I_2aは、直列抵抗器３２ｃが無い場合よりも僅かに小さくなる。ダイオード３２ａと直列抵抗器３２ｃとを跨ぐ電圧も、同様に温度によって減少する。しかしながら、直列抵抗器３２ｃ上の電圧成分が温度に関して増加するので、減少の程度が少ない。素子３１ａ及び３２ｂを介する電流は絶対温度に比例する。一方で、電圧V_l =V₂は温度に対して減少する。それ故に、電流I_1b及びI_2bもまた温度に対して減少する。電流の和I₁＋I₂は、プロセス、温度、及び供給電圧の偏差に実質的に依存しない。すなわち、電流の和I₁＋I₂が機能モジュール１０のＰＶＴ補償のための基準信号を表す。実用的な実装では、並列抵抗器３１ｂ，３２ｂの抵抗値R₂は500kΩであり、直列抵抗器３１ｃの抵抗値R₁は60kΩである。実用的な実装では、ダイオード３１ａ，３１ｂの幅比は１対８とする。

再び図１を基準すると、そこに示される集積回路は、互いに異なる供給電圧（V_dd1,V_dd2）が供給される複数の領域を備えている。それぞれ第１及び第２のＩ／Ｏパッド１０Ａ，１０Ｂが配置される領域は、それぞれ条件シグナリングモジュール２０Ａ，２０Ｂと制御回路４０Ａ，４０Ｂとを備えている。これらの領域の制御回路４０Ａ，４０Ｂは、同一の基準モジュール３０によって供給される基準信号I_refを用いる。

好適な実施例では、基準モジュール３０に利用可能な最低の供給電圧を供給する。集積回路は、Ｉ／Ｏ回路あるいは他の機能モジュールために、例えば1.2V, 1.5V, 1.8V, 2.5V, 3.3V等の異なる供給電圧を有する。この場合、基準モジュールに対する好適な供給電圧は1.2Vである。

本発明の保護範囲は上述した実施例に限定されるものではないことに留意願いたい。システムの部分は、ハードウェア、ソフトウェア、あるいはその組合せの中に実装することができる。「備える」という用語は、請求項で言及されたもの以外を排除するものではない。ある要素の単数表現は、それらの要素が複数あることを排除するものではしない。本発明の手段は、専用のハードウェアの形態であっても、プログラムした汎用プロセッサの形態であっても構わない。本発明には、それぞれの新規の機能又はこれらの機能の組合せがある。

図１は本発明による集積回路を概略的に示した図である。 図１の回路で用いられる機能モジュールの一例を示した図である。 図１の回路で用いられる条件シグナリングモジュールの一例を示した図である。 図１の回路で用いられる制御回路の一例を示した図である。 図１の回路で用いられる基準モジュールの一例を示した図である。

Claims (9)

1. 機能モジュールと、
   前記機能モジュールの局所におけるＰＶＴ条件を示す指示信号を生成するための条件シグナリングモジュールと、
   前記ＰＶＴ条件にほぼ依存しない値を有する基準信号を生成するための基準モジュールと、
   前記指示信号と前記基準信号とを比較し、前記機能モジュールに対する制御信号を生成するための制御回路とを備え、
   ただし、該ＰＶＴ条件とは、モジュールに関連する一連の条件であって、該モジュールに供給される電圧、該モジュールが占める領域内の温度、及び該領域に関連するプロセス条件のうち少なくとも１つを含むものである電子回路。
2. 相互に異なる供給電圧が供給され、各々が条件シグナリングモジュール及び制御回路を有する２つ以上の領域を備え、
   これら領域の前記制御回路は、同一の前記基準モジュールによって供給される前記基準信号を用いる、請求項１に記載の電子回路。
3. 請求項２に記載の電子回路において、
   前記基準モジュールには、利用可能な最低の供給電圧が供給されることを特徴とする電子回路。
4. 前記基準モジュールは、供給された電流と前記局所におけるＰＶＴ条件との関数としての第１の電圧及び第２の電圧を供給する第１のＰＶＴ条件検知素子及び第２のＰＶＴ条件検知素子と有し、前記第１のＰＶＴ条件検知素子及び第２のＰＶＴ条件検知素子は互いに異なる前記ＰＶＴ条件に関する電圧の依存特性を持ち、
   前記基準モジュールは、さらに、前記ＰＶＴ条件検知素子によって供給される前記第１の電圧及び第２の電圧の差を最小化するために電流を供給する電流源を制御する差動増幅モジュールを有し、
   前記電流源は、前記２つの電流に関連する出力電流を前記基準信号として供給する、請求項１に記載の電子回路。
5. 前記機能モジュールはＩ／Ｏ回路である、請求項１に記載の電子回路。
6. 前記条件シグナリングモジュール及び前記制御回路は、Ｉ／Ｏリング内でＥＳＤ保護回路と組合わせる、請求項２に記載の電子回路。
7. 前記制御信号はデジタル的に表される、請求項１に記載の電子回路。
8. 前記基準信号は電流値である、請求項１に記載の電子回路。
9. 機能モジュールの局所におけるＰＶＴ条件を示す指示信号を生成するステップと、
   該ＰＶＴ条件に実質的に依存しない値を有する基準信号を生成するステップと、
   前記指示信号と前記基準信号とを比較し、前記機能モジュールに対する制御信号を生成するステップを含み、
   ただし、該ＰＶＴ条件とは、モジュールに関連する一連の条件であって、該モジュールに供給される電圧、該モジュールが占める領域内の温度、及び該領域に関連するプロセス条件のうち少なくとも１つを含むものである方法。

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